基于SPECT图像的肝脏分割及术前评估

发布时间：2017-04-23 03:07

  本文关键词：基于SPECT图像的肝脏分割及术前评估，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：原发性肝细胞肝癌(Hepatocellular carcinoma, HCC)是一种高发于我国的恶性肿瘤,手术切除是目前治疗肝癌的主要手段。决定患者能否进行肝脏切除手术的主要依据是术前肝功能评估,若术前评估不充分,可能会导致患者术后急性肝衰致死。单光子发射计算机断层成像术(Single Photon Emission Computed Tomography, SPECT)可以对功能性肝细胞进行成像,对评估功能性肝脏的体积和局部肝功能具有重要的作用,同时也可以用于术后肝衰风险的预测。目前,临床上肝功能评估的方法主要是针对肝脏整体功能进行评估,如血清学肝功能指标检查、多种肝功能临床评分系统、动态定量肝功能测试等,并且现有的这些评估方法往往只能定性地反映肝功能而不能给出定量的评估结果；同时也无法评估局部肝功能和预测手术后肝脏状态。针对以上问题,本文基于SPECT图像对肝脏分割和术前肝功能评估开展研究。首先,准确提取并分割肝脏边界。本文以医学图像分割与图像识别研究为背景,针对肝脏SPECT图像序列中相邻切片之间具有高度相关性的特点,提出了一种基于主动轮廓模型(Active Contour Model, ACM)的肝脏自动分割方法。该方法首先基于阈值获得一层图像中肝脏的初始轮廓,再利用ACM获得该层的肝脏结果,然后将分割结果作为相邻层图像的初始轮廓进行ACM分割,通过迭代遍历,实现对一组SPECT图像序列的分割；在此基础上,该算法利用肝脏轮廓位置等先验知识通过训练样本集,获得肝脏位置的临界值,再使用肝脏区域模型将分割后的肝脏从其他脏器中区分开来,最终实现肝脏边界的全自动分割。使用本文分割算法对肝脏SPECT数据进行分割,并与临床医生手动分割数据对比,结果表明本文算法精度满足临床需求。其次,确定并计算基于SPECT图像的肝功能评估指标。通过测量肝脏体积和肝脏功能细胞计数可获得枯否细胞的数量与功能信息,从而间接实现对功能性肝细胞群的定量计算,以评估肝细胞群数量差异及肝细胞功能受损伤情况；肝硬化患者由于肝脏纤维化或硬化导致的常见并发症为门脉高压,门静脉灌注指数(Portal Perfusion Index, PPI)能够反映门静脉压力的变化,可以通过测量PPI值评估肝脏病变情况。通过选取表征PPI指标的肝脏、心脏及肾脏功能区域,定量评估被测对象是否发生门脉高压,从而评估其肝脏储备功能情况。最后,对分割后的肝脏进行三维可视化并模拟肝脏切除手术。针对上述分割后的结果,分别与人工分割结果进行定量对照分析,并采用体绘制技术中的光线投影法对肝脏进行三维可视化绘制和显示。同时,模拟肝脏切除手术,实现肝脏切除术的虚拟切割,并对切除后的肝脏储备功能进行评估和预测。此外,设计软件实现该肝脏储备功能评估系统,便于医生使用和临床推广。综上,本文基于肝脏SPECT图像实现肝脏边界的自动分割、参数计算及三维重建。实验结果表明,本文的研究成果可实现对肝脏边界的全自动与准确分割,并能准确、定量评估肝脏储备,为肝硬化合并肝癌患者提供更为精准的术前评估,并为实现后续的计算机辅助诊断及肝脏切除手术奠定了数据基础。
【关键词】：SPECT成像 肝功能评估 主动轮廓模型 三维重建 手术模拟
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R817.4;R657.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-23
• 1.1 课题研究的背景和意义12-13
• 1.2 肝脏储备功能评估的现状及发展趋势13-19
• 1.2.1 现有肝功能评估方法14-19
• 1.2.2 肝功能评估的进展19
• 1.3 基于SPECT图像评估肝脏功能19-20
• 1.4 本文的研究内容20-23
• 2 基于主动轮廓模型的肝脏分割23-35
• 2.1 现有肝脏SPECT图像分割方法23-24
• 2.2 主动轮廓模型算法24-25
• 2.3 Chan-Vese模型和Local Binary Fitting模型25-26
• 2.3.1 Chan-Vese模型25
• 2.3.2 Local Binary Fitting模型25-26
• 2.4 基于主动轮廓模型的肝脏分割26-33
• 2.5 分割结果及评估33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 3 肝功能储备评估指标提取35-41
• 3.1 放射性物质衰减校正35-36
• 3.2 临床已有评估指标36
• 3.3 本文使用的肝脏储备功能评估指标36-40
• 3.3.1 功能性肝脏体积和细胞活性计数37-38
• 3.3.2 门静脉灌注指数38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 三维可视化及系统设计实现41-53
• 4.1 医学图像可视化41-44
• 4.1.1 面绘制方法41-42
• 4.1.2 体绘制方法42-44
• 4.2 肝脏切除手术模拟44-47
• 4.2.1 肝脏切除区域规划45-46
• 4.2.2 切面探查46
• 4.2.3 虚拟切割46-47
• 4.3 可视化系统设计及实现47-52
• 4.4 术后肝功能评估52
• 4.5 本章小结52-53
• 5 总结与展望53-55
• 5.1 总结53
• 5.2 前景与展望53-55
• 参考文献55-61
• 作者简历61-62
• 致谢62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 Peng-Lei Ge;Shun-Da Du;Yi-Lei Mao;;Advances in preoperative assessment of liver function[J];Hepatobiliary & Pancreatic Diseases International;2014年04期

2 董家鸿;郑树森;陈孝平;窦科峰;樊嘉;别平;耿小平;吕文平;;肝切除术前肝脏储备功能评估的专家共识(2011版)[J];中华消化外科杂志;2011年01期

3 毛一雷;张涛;;肝硬化患者术前肝功能评估方法的现状和进展[J];中国医学科学院学报;2006年06期

4 黎一鸣,吕凡,吉鸿,白芝兰,雷团结;肝脏体积变化与病肝储备功能的关系研究[J];中华普通外科杂志;2003年02期

  本文关键词：基于SPECT图像的肝脏分割及术前评估，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：321724